Удалось изучить активность веществ, образующихся во время лечения опухоли на оболочке раковых клеток и окисляющих их. Исследование провели сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина (ИФХЭ) РАН (Москва) с коллегами из России и Австрии, а результаты опубликовали в журнале Scientific Reports. Работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).  

Иногда такие болезни, как рак, инфекционные заболевания и заболевания кожи лечат при помощи фотодинамической терапии. Светочувствительные вещества фотосенсибилизаторы генерируют особо активную форму кислорода (синглетный кислород), «прилипают» к раковым клеткам и окисляют их под воздействием света определенной длины волны.

Большинство молекул фотосенсибилизаторов оседает на оболочках клеток и именно там проявляет свою активность. Основой оболочек клеток служит двойной слой липидов – молекул жироподобных веществ, состоящих из двух частей: «головы» и «хвоста». В оболочке «хвосты» липидов направлены внутрь, так что с обеих сторон слоя оказываются полярные «головы», которые имеют заряд или электрический диполь, и таким образом они создают полярную среду. Толщина липидного бислоя всего 5 нанометров – в десять тысяч раз тоньше человеческого волоса. Активность фотосенсибилизаторов, которые применяются сейчас, оценивалась для объемной водной или неполярной (состоящей из молекул, не имеющих заряда) сред, которые по своим свойствам сильно отличаются от слоя липидных молекул.

«Наша задача состояла в том, чтобы смоделировать действие фотосенсибилизаторов непосредственно на клеточной мембране и выявить в характеристиках их активности те отличия, которые сопряжены со структурой липидного бислоя. Именно это нам и удалось. Мы создали систему, которая позволяет анализировать, насколько эффективно фотосенсибилизаторы генерируют кислород непосредственно на липидных мембранах. Мы показали, что время жизни этой формы кислорода на мембране заметно отличается от тех оценок, которые были получены для объемной неполярной фазы. Фактически это аналогично тому, насколько двумерные пленки графена отличаются по своим свойствам от объемной фазы углерода», – рассказал заведующий лабораторией биоэлектрохимии ИФХЭ РАН, кандидат физико-математических наук Олег Батищев.

Важные параметры для оценки активности фотосенсибилизаторов – эффективность генерации синглетного кислорода, его время жизни и длина свободного пробега (расстояние, которое молекула пролетает от одного столкновения до следующего, зависящее от концентрации молекул). Связывание фотосенсибилизаторов и разрушение молекул синглетным кислородом при освещении регистрируются с помощью скачка электрического потенциала на границе мембраны с водой. Ученые использовали методы корреляционной спектроскопии, чтобы оценить плотность молекул на поверхности липидного бислоя. Электрохимические методы помогли измерить электрические потенциалы на липидных мембранах и определить активность синглетного кислорода.

Чтобы количественно оценить эффективность фотосенсибилизаторов, ученые предложили подробную математическую модель. Она позволяет давать рекомендации по синтезу и отбору этих веществ для фотодинамической терапии рака.

«Мы впервые предложили удобную экспериментальную систему, позволяющую анализировать и количественно описывать все наблюдаемые явления. Эту систему и математическую модель процесса можно использовать для подбора тех фотосенсибилизаторов, которые будут наиболее эффективны именно на клеточных мембранах, где они в основном и концентрируются. В дальнейшем мы планируем отобрать те фотосенсибилизаторы, которые покажут максимальную эффективность в нашей экспериментальной системе, для последующей их проверки уже непосредственно на культурах раковых клеток», – поделился ученый.

Похожие новости

  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    737
  • 18/10/2018

    Пол-иголки в стоге сена: новый экспресс-метод найдет ультрамалые концентрации низкомолекулярных веществ

    ​​Российские исследователи из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН и Московского физико-технического института разработали первый в мире ультрачувствительный метод быстрой детекции низкомолекулярных соединений.
    338
  • 16/05/2018

    Российские биохимики нашли новые ферменты с необычной активностью

    ​Российские ученые охарактеризовали новые ферменты-трансаминазы, которые могут работать как в типичных для своего семейства реакциях, так и в нехарактерных для него. Результаты работы будут полезны в фундаментальном аспекте для поиска и предсказания свойств ферментов по их аминокислотной последовательности и для использования в биотехнологических процессах.
    601
  • 28/05/2018

    Нейросеть помогла российским ученым определить оптимальные условия хранения микроорганизмов

    ​Российские ученые с помощью нейросети определили самые оптимальные условия для длительного хранения микроорганизмов, выживающих при экстремально высокой солености. Статья об этом опубликована в журнале Extremophiles.
    355
  • 20/11/2018

    Ученые установили, что набеги насекомых остаются в памяти деревьев

    Оригинальный способ предсказания будущих атак вредителей растений разработан учеными Института проблем экологии и эволюции РАН Булатом Хасановым и Робертом Сандлерским. Они предложили оценивать число вредителей по структуре древесины.
    249
  • 28/03/2018

    Российские химики раскрыли механизм важнейшей для промышленности реакции

    ​Механизм важнейшей окислительной реакции Байера-Виллигера, известной больше ста лет, раскрыт международной группой ученых. Реакция является универсальным путем получения эфиров органических кислот - базовых соединений для химической промышленности.
    518
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    333
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    377
  • 29/10/2018

    Биологи из России научились предсказывать нашествия вредителей

    ​Российские ученые выяснили, как можно "прочитать" историю борьбы отдельных растений с вредителями и предсказать будущие атаки насекомых, анализируя структуру их древесины. Их выводы были представлены в журнале Dendrochronologia.
    301
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    827